Inspirando-se na biologia e na prateleira de brinquedos, pesquisadores da Thayer School of Engineering do Dartmouth College e da City University of Hong Kong desenvolveram um robô nadador com um motor celular controlado por luz que pode realizar a administração de medicamentos altamente direcionados.

Os pesquisadores combinaram a engenharia de tecidos cardíacos, uma estrutura de asa impressa em 3D e um gel sensível à luz para produzir o robô macio com capacidade de start-stop. O dispositivo comutável transforma sua forma quando exposto à luz infravermelha que penetra na pele, fazendo com que ele dirija e freie em ambientes fluidos, como a corrente sanguínea humana.

O dispositivo transformável melhora drasticamente a utilidade dos robôs projetados para trabalhar dentro do corpo humano e outros ambientes de trabalho não convencionais.

A equipe de pesquisa da City University of Hong Kong produziu o projeto original do robô e realizou os testes experimentais. A equipe de Dartmouth realizou análises mecânicas e numéricas no dispositivo e sugeriu mudanças nos elementos de design, como tamanho e forma.

"Com esta tecnologia, podemos criar robôs soft transformáveis ​​com capacidade de manobra sem precedentes, "disse Zi Chen, professor assistente de engenharia na Thayer. "Nossa inspiração veio de brinquedos transformáveis ​​que têm diferentes configurações e funcionalidades. O resultado não é nenhum brinquedo, pode literalmente mudar a vida das pessoas. "

Os organismos vivos são capazes de mudar de forma para realizar ações específicas. Um ouriço se enrola em uma bola para se defender. Os pássaros abrem suas asas para voar. As plantas carnívoras, como a armadilha da Vênus, abrem e fecham. O novo estudo é parte de um esforço de longo prazo para desenvolver robôs que imitem esse comportamento de mudança de forma encontrado na natureza.

Para ser efetivo, a nova geração de robôs precisa ser energeticamente eficiente e deve ser capaz de responder a diferentes tipos de estímulos, como luz ou calor.

Embora já existam exemplos desses tipos de robôs, os pesquisadores têm se esforçado para criar um dispositivo que transforme sua forma fluentemente para permitir que ele inicie e pare de se mover sob demanda. A maioria dos sistemas existentes também depende de variações de temperatura que são difíceis de estimular no corpo humano por causa de sua temperatura quase constante.

"A capacidade de controlar o movimento do robô usando luz cria um dispositivo muito mais funcional que pode ser operado com alta precisão, "disse Xiaomin Han, um recente Ph.D. graduado no Laboratório de Pesquisa Chen em Thayer.

O robô de controle remoto é conduzido por uma barbatana caudal que imita a ação de natação das baleias. A estrutura foi impressa em 3D na forma de uma asa de avião e então revestida com células do músculo cardíaco. Da mesma forma que os cardiomiócitos fazem o coração bater continuamente, eles também impulsionam esse dispositivo biohíbrido por meio de uma ação ondulante constante.

Para controlar o movimento do robô, pesquisadores aplicaram hidrogéis fotossensíveis às asas. Na ausência de luz, as asas desdobram, permitindo que as células do coração o impulsionem para frente. Quando exposto à luz, o avião flutuante retrai suas asas, fazendo com que pare.

"Os músculos do coração continuam se agitando, mas eles são incapazes de superar o poder de parada das asas, "disse Chen." É como pisar no pedal do acelerador com o freio de mão acionado. "

A alta sensibilidade do robô à luz infravermelha cria uma taxa de resposta que permite uma transformação quase imediata da forma da asa, permitindo que seja altamente manobrável. No estudo, os pesquisadores usaram a "capacidade de controle e capacidade de resposta sem precedentes" do robô de avião flutuante como um transportador de carga para conduzir a entrega de drogas direcionadas contra as células cancerosas.

"Nós literalmente jogamos bombas de drogas em células cancerosas, "disse Chen." A realização do conceito transformável abre um caminho para o desenvolvimento potencial de sistemas robóticos biohíbridos inteligentes de próxima geração. "

O robô biohíbrido pode ser produzido em uma variedade de tamanhos, variando de vários milímetros a dezenas de centímetros. Essa escalabilidade fornece boa flexibilidade para assumir tarefas relacionadas à navegação e vigilância em ambientes difíceis.

Um estudo que descreve a pesquisa apareceu pela primeira vez na revista acadêmica Pequena no final de março.

No estudo atual, os pesquisadores controlam o movimento start-stop de todo o robô por meio do uso de luz. Pesquisas futuras usarão luz para alvejar asas separadas no robô para que ele possa ser dirigido com ainda mais precisão.

Esta pesquisa foi produzida com Peng Shi e Bingzhe Xu da City University of Hong Kong. Yuwei Hu e Chia-Hung Chen da Universidade Nacional de Cingapura e Yiming Luo da Universidade de Tecnologia de Hubei também contribuíram para o estudo.